(57)【要約】      （修正有）【課題】少ない電力消費および少ない量子化誤差の改善された量子化方法を提供する。【解決手段】２つの量子化ステップ間における量子化ステップ幅が、同数の量子化ステップを有する線形量子化とは、多くとも当該同数の量子化ステップを有する線形量子化のステップ幅だけ異なる、複数の量子化ステップを有する第１の量子化に従って、第１の数値範囲内にある信号値を量子化する工程と、２つの量子化ステップ間における量子化ステップ幅が、上記第１の量子化の２つの量子化ステップ間における量子化ステップ幅よりも大きい、複数の量子化ステップを有する第２の量子化に従って、第２の数値範囲内にある信号値を量子化する工程とを含む。【選択図】図１０
2010022002.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線インターフェースを介して受信または伝送される信号の信号値を量子化する方法であって、
２つの量子化ステップ間における量子化ステップ幅が、同数の量子化ステップを有する線形量子化とは、多くとも上記同数の量子化ステップを有する線形量子化のステップ幅だけ異なる、複数の量子化ステップを有する第１の量子化に従って、第１の数値範囲内にある信号値を量子化する工程と、
２つの量子化ステップ間における量子化ステップ幅が、上記第１の量子化の２つの量子化ステップ間における量子化ステップ幅よりも大きい、複数の量子化ステップを有する第２の量子化に従って、第２の数値範囲内にある信号値を量子化する工程とを含む、方法。
【請求項２】
上記第１の量子化の複数の量子化ステップは、同数の量子化ステップを有する線形量子化の量子化ステップとは、多くとも当該同数の量子化ステップ数を有する線形量子化のステップ幅だけ異なる、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
上記第２の数値範囲内にある信号値の絶対値は、上記第１の数値範囲内にある信号値の絶対値よりも大きい、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
上記第２の量子化の量子化ステップ幅は、上記第２の数値範囲内にある信号値の絶対値の増加に伴って増加する、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
上記第１の数値範囲は、予想される最大信号値の絶対値の最大でも３分の１である絶対値を有する信号値を含む数値範囲である、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
上記第２の数値範囲は、受信されると予想される最大信号値の絶対値の３分の１よりも高い絶対値を有する信号値を含む数値範囲である、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
上記第１の数値範囲の定義は、上記信号の信号値の確率分布関数の近似に基づいている、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
上記信号の信号値の確率分布関数は、当該信号値の確率分布関数の区分線形近似とは、最大でも０．１だけ異なる、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
上記信号の信号値の確率分布関数は、当該信号値の確率分布関数の区分線形近似とは、最大でも０．０５だけ異なる、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
上記確率分布関数の区分線形近似は、ｙ軸に対して軸対称である、請求項７に記載の方法。
【請求項１１】
上記第１の数値範囲は、上記確率分布関数の区分線形近似が一定である数値範囲に対応するように定義される、請求項７に記載の方法。
【請求項１２】
上記確率分布関数の区分線形近似は、０と第１の正値との間の第１の区間において一定であり、上記第１の正値と第２の正値との間の第２の区間において線形に減少し、上記第２の正値と第３の正値との間の第３の区間において線形に減少する、請求項８に記載の方法。
【請求項１３】
上記第２の区間における線形の減少は、上記第３の区間における線形の減少よりも急速である、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
上記第１の数値範囲は、上記第１の区間、および、ｘ軸の負の部分における反映された第１の区間に対応するように定義される、請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
上記第２の数値範囲は、上記第２の区間、上記第３の区間、ｘ軸の負の部分における反映された第２の区間、および、ｘ軸の負の部分における反映された第３の区間に対応するように定義される、請求項１２に記載の方法。
【請求項１６】
上記第２の正値と上記第１の正値との比率は、最大でも１１であるとともに少なくとも２である、請求項１２に記載の方法。
【請求項１７】
上記第２の正値と上記第１の正値との比率は、最大でも１０．５である、請求項１２に記載の方法。
【請求項１８】
上記第３の正値と上記第２の正値との比率は、最大でも２であるとともに少なくとも１．２である、請求項１２に記載の方法。
【請求項１９】
上記第３の正値と上記第２の正値との比率は、最大でも１．５である、請求項１２に記載の方法。
【請求項２０】
無線インターフェースを介して受信または伝送される信号の信号値を量子化する量子化器であって、
２つの量子化ステップ間における量子化ステップ幅が、同数の量子化ステップを有する線形量子化とは、多くとも当該同数の量子化ステップを有する線形量子化のステップ幅だけ異なる、複数の量子化ステップを有する第１の量子化に従って、第１の数値範囲内にある信号値を量子化するように構成された、第１の量子化回路と、
２つの量子化ステップ間における量子化ステップ幅が、上記第１の量子化の２つの量子化ステップ間における量子化ステップ幅よりも大きい、複数の量子化ステップを有する第２の量子化に従って、第２の数値範囲内にある信号値を量子化する、第２の量子化回路とを含む、量子化器。
【請求項２１】
上記量子化器は、無線通信装置内のアナログ／デジタル変換器またはデジタル／アナログ変換器の一部である、請求項２０に記載の量子化器。
【請求項２２】
通信装置から受信された信号または通信装置に伝送される信号を量子化する方法であって、
第１の量子化に従って、上記通信装置に伝送される信号を量子化する工程と、
第２の量子化に従って、上記通信装置から受信された信号を量子化する工程とを含み、
上記第１の量子化は、上記第２の量子化が量子化ステップを含まない信号値において、量子化ステップを含んでおり、
上記第２の量子化は、上記第１の量子化が量子化ステップを含まない信号値において、量子化ステップを含んでいる、方法。
【請求項２３】
上記通信装置は、移動体端末または基地局である、請求項２０に記載の方法。
【請求項２４】
通信装置から受信された信号または通信装置に伝送される信号を量子化する量子化器であって、
第１の量子化に従って、上記通信装置に伝送される信号を量子化するように構成されている第１の量子化回路と、
第２の量子化に従って、上記通信装置から受信された信号を量子化するように構成されている第２の量子化回路とを備え、
上記第１の量子化は、上記第２の量子化が量子化ステップを含まない信号値において、量子化ステップを含んでおり、
上記第２の量子化は、上記第１の量子化が量子化ステップを含まない信号値において、量子化ステップを含んでいる、量子化器。
【請求項２５】
通信装置から受信された信号または通信装置に伝送される信号を量子化する方法であって、
上記通信装置に伝送される信号の信号値の確率分布に適応されている第１の量子化に従って、上記通信装置に伝送される信号を量子化する工程と、
上記通信装置から受信された信号の信号値の確率分布に適応されている第２の量子化に従って、上記通信装置から受信された信号を量子化する工程とを含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
〔技術分野〕
実施形態は、概して、信号値を量子化する方法および量子化器に関する。
【０００２】
〔背景〕
無線通信システムでは、アナログからデジタルおよびデジタルからアナログへの変換が行われる。本質的にこれらの変換では、信号値の量子化が行われる。用いられる量子化のタイプおよび設計は、量子化誤差（ひいては信号対雑音比）と、量子化を行う回路の電力消費とに影響を及ぼす。少ない電力消費および少ない量子化誤差が望まれることから、改善された量子化方法が必要とされている。
【０００３】
〔図面の簡単な説明〕
全ての図面において、同様の参照符号は概して同一の箇所を示す。これらの図面は、互いに相対的な縮尺になっているとは限らず、代わりに、様々な実施形態の原理を示す箇所が概して強調されている。以下の説明では、様々な実施形態について図面を参照しながら説明する。
図１は、アップリンクおよびダウンリンク用の３ＧＰＰ  ＬＴＥ規格の枠組み内における線形量子化器の伝達関数を示す図である。
図２は、典型的なＬＴＥ構造内におけるアップリンク信号およびダウンリンク信号の正規化された確率密度関数（ＰＤＦ）を有する図表を示す図である。
図３は、一実施形態に係る通信システムを示す図である。
図４は、無線インターフェースを介して受信または伝送される信号の信号値を量子化する方法を示す図である。
図５は、通信装置から受信された信号または通信装置へ伝送される信号を量子化する方法を示す図である。
図６は、一実施形態に係る信号処理構成を示す図である。
図７は、一実施形態に係る信号処理構成を示す図である。
図８は、マルチパス環境用の信号例の正規化された確率密度関数を有する図表を示す図である。
図９は、ＬＴＥ構造内におけるアップリンク信号およびダウンリンク信号の正規化された確率密度関数を有する３つの図表を示す図である。
図１０は、一実施形態に係る量子化器の伝達関数を有する図表を示す図である。
図１１は、一実施形態に係るフローチャートを示す図である。
図１２は、一実施形態に係る機能グラフを示す図である。
図１３は、一実施形態に係るフローチャートを示す図である。
【０００４】
〔説明〕
移動体通信システムでは、情報を交換するために、移動体端末（ユーザ装置（User Equipment；ＵＥ）とも称される）と基地局との間において無線リンクが使用される。このため、交換される情報（例えば、テキストメッセージ、ビデオクリップ等）は、無線伝送に適した無線信号に変換される。
【０００５】
典型的には、そのような変換処理は以下の工程に分割されうる（記載されている順序は伝送のための順序であって、受信には逆の順序が適用される）：
ｉ）ベースバンド処理（チャネル符号化等の、伝送されるデータのデジタル処理を含む）、
ｉｉ）伝送のためのデジタル／アナログ（Ｄ／Ａ）変換（または、受信のためのアナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）変換）、および、
ｉｉｉ）無線周波数（ＲＦ）処理。
【０００６】
一実施形態では、上記第２の工程、すなわちＡ／Ｄ変換およびＤ／Ａ変換に焦点が当てられる。
【０００７】
Ａ／Ｄ部品およびＤ／Ａ部品の電力消費は、それらの入力信号の特性およびそれらの量子化誤差のサイズに密接に関連しているため、例えば移動体端末および基地局において、Ａ／Ｄ部品およびＤ／Ａ部品の電力消費を最小限にすることを目的とする場合、以下の問題が生じる：
１）ｉ）特定の平均量子化誤差レベルでの電力消費を最小限にするために、ｉｉ）特定の電力消費での平均量子化誤差を最小限にするために、または、ｉｉｉ）これら２つを混ぜ合わせた目的のために、基地局および移動体端末の両方におけるＡ／Ｄ部品およびＤ／Ａ部品の最適な設定をどのように選択するのか。
【０００８】
２）移動体通信システム内で生じる入力信号特性を考慮に入れながら、最適なＡ／Ｄ量子化戦略、および／または、Ｄ／Ａ量子化戦略（すなわち、Ａ／Ｄ部品（および／または、Ｄ／Ａ部品）の入力と出力との最適な関係）をどのように選択するのか。
【０００９】
一実施形態では、３ＧＰＰ  長期発展（Long Term Evolution；ＬＴＥ）規格の枠組みに準拠した移動体無線通信システムが使用される（しかし別の実施形態では、任意の他の移動体無線通信規格に準拠した他の任意の移動体無線通信技術が提供されうる）。例えば、一実施形態では、（逆フーリエ変換に基づく）従来の直交周波数分割多重（Orthogonal Frequency Division Multiplexing；ＯＦＤＭ）変調器と、フーリエ変換係数を含むプリコーディング行列とを組み合わせた、特別な３ＧＰＰ  ＬＴＥアップリンク変調方式のための量子化方法が提供されうる。
【００１０】
入力信号特性とは無関係な量子化に対しては、標準的な線形量子化方法が用いられうる。従って、量子化のステップサイズは、例えば入力信号電力に応じて選択されうる。
【００１１】
図１は、アップリンクおよびダウンリンク用の３ＧＰＰ  ＬＴＥ規格の枠組み内における線形量子化器の伝達関数を示している。図表１００では、入力値（ｘ軸１０３に沿って示されている）と出力値（ｙ軸１０４に沿って示されている）との関係が、例えばＳＣ−ＯＦＤＭに準拠した信号の入力値に用いられる線形量子化（曲線１０２）と、例えばＯＦＤＭＡに準拠した信号の入力値に用いられる線形量子化（曲線１０１）とに対して示されている。
【００１２】
アップリンクおよびダウンリンクの最適なステップサイズは、複数の異なる信号特性ゆえに、同一の電力レベルにおいて異なりうる。分かり易くするために、図１には１６の量子化ステップが示されている。
【００１３】
鍵となる問題は、Ａ／Ｄ変換器、および／または、Ｄ／Ａ変換器における固有の量子化への入力信号値の分配に見られる。
【００１４】
図２は、典型的なＬＴＥ構造内におけるアップリンク信号およびダウンリンク信号の正規化された確率密度関数（probability density function；ＰＤＦ）を示す図表２００を示している。電力レベルは、用いられる信号キャリアの平均電力が１となるように選択される。
【００１５】
ｘ軸２０５に沿って、信号値が示されている。ｙ軸２０６に沿って、確率が示されている。図表２００は、アップリンク伝送信号の虚数値（曲線２０１）、アップリンク伝送信号の実数値（曲線２０２）、ダウンリンク伝送信号の虚数値（曲線２０３）、およびダウンリンク伝送信号の実数値（曲線２０４）の確率分布関数を示している。
【００１６】
確率分布関数（probability distribution function；ＰＤＦ）は、負の無限大から正の無限大までの積分が１と等しくなる関数である。ＰＤＦを示す図では、ＰＤＦは、最大値が１となるようにスケールされている。これには２つの理由がある：ｉ）図の解釈が促進される、および、ｉｉ）数値的に不安定となりうる、ひいては誤りうる積分の数値計算が回避される（すなわち、誤る可能性のある計算結果が回避される）。従って、適用可能な場合であれば、「確率密度関数」という用語は、このように正規化された確率密度関数、すなわち「正規化された確率密度関数」を言う。さらに、正規化された確率密度関数が一実施形態に従って生成または使用される場合、これはまた、（正規の、すなわち、積分１を有する）確率密度関数が生成または使用されること、およびその逆も意味する。
【００１７】
図２に示されている分布グラフからは、線形量子化の使用の特性が分かる：
１）平均二乗量子化誤差を最小限にするためには、量子化範囲にわたって入力信号を一定に分配する線形量子化法が最適である。しかし、図２に示されているような一定でないＰＤＦは、複数の異なる量子化要件を生じさせる：量子化誤差は、最も頻繁に生じる数値範囲では可能な限り小さくなければならない。他方で、量子化誤差制限を、非常に稀にしか生じない数値範囲では軽減することができる。従って、線形量子化に基づく標準的な方法によって、準最適な解決策がもたらされる。この直観的な考えは、一実施形態において、最適な量子化ステップの順序を厳密に誘導する基礎として用いられる。固定数の量子化ステップにおいて、最適化された量子化ステップ設定を用いて、より良好な雑音レベルを得ることができる。この最適化された量子化ステップ設定によって、場合によっては、必要とされる量子化ビット数を低減することもでき、これにより量子化を含む部品の電力消費を低減することができる。
【００１８】
２）従来、アップリンク信号およびダウンリンク信号には、同様の量子化タイプ（すなわち線形量子化）が使用されている。しかし、例えばＬＴＥでは、図２に見られるように、確率分布はアップリンク信号とダウンリンク信号とでは異なる。従って、一実施形態によれば、以下の特別な構成が考慮される：
ａ）ユーザ装置（ＵＥ）：Ａ／Ｄ変換は、一実施形態では、ダウンリンク信号を受信するように適応される。最適な量子化ステップ順序の対応する選択は、例えば、図２に示されているようなダウンリンクＰＤＦの形式に基づいている。標準的なＯＦＤＭシンボルでは、対応する実時間領域信号および虚時間領域信号のＰＤＦは準ガウスである。他方、Ｄ／Ａ変換は、一実施形態では、アップリンク信号を伝送するように適応される。このアップリンク信号は、例えば３ＧＰＰ  ＬＴＥアップリンク信号、または、３ＧＰＰ  ＬＴＥアップリンク信号に（その信号値分布に関して）特性が類似したアップリンク信号である。最適な量子化ステップ順序の選択は、例えば、上述のようなアップリンクＰＤＦの形式に基づいている。このように上記例では、このＰＤＦは、ゼロ付近の数値範囲（この例において使用される平均電力の約−０．３...＋０．３）においてほぼ一定であり、その後急激に低下する。これは、一実施形態では、線形に近い量子化がほぼ一定の数値範囲に適した量子化として用いられる一方で、「より粗い」量子化（すなわち、量子化ステップ幅がより大きい量子化）が、一実施形態では、残りの値（すなわち、より大きい信号値）には十分であると考えられることを意味している。
【００１９】
ｂ）基地局（ＢＳ）：Ａ／Ｄ変換は、一実施形態では、アップリンク信号を受信するように適応され、Ｄ／Ａは、ダウンリンク信号を伝送するように適応されうる。これは、一実施形態では、部品構成が、使用される量子化方法に関して、移動体端末に比べて逆に構成されていることを意味する。
【００２０】
上述のように、Ａ／Ｄ、および／または、Ｄ／Ａの固有の（線形）量子化の典型的な実施は、例えば３ＧＰＰ  ＬＴＥの状況においては準最適であり、また、（特別に最適化された量子化と比較して）ｉ）平均二乗量子化誤差が高くなり、およびｉｉ）量子化ビット数の要件が高くなり、これによって平均二乗量子化誤差目標を満たすための電力消費が高くなりうることが分かっている。
【００２１】
後者においては、Ａ／Ｄ部品の電力消費は、典型的には、２を有効ビット数（effective number of bits；ＥＮＯＢ）で累乗した値に比例することに留意されたい。これは、追加の各ビットが、Ａ／Ｄ部品の電力消費を約２倍にすることが予想されることを意味している。例えば、ＥＮＯＢが１１．２ビットで、２０メガサンプル／秒を提供する適切な部品の予想されるＡ／Ｄ電力消費は、１２０ｍＷでありうる。従って、ＥＮＯＢ要件の低減によって、数十ｍＷの電力消費低下につながると予想される。
【００２２】
図３は、一実施形態に係る通信システムを示している。
【００２３】
本実施例における通信システムは、移動体無線通信システムである。移動体端末３０１は、例えばコアネットワーク３０４に結合された移動体無線通信ネットワーク３０２と通信しうる。この移動体無線通信ネットワークは、無線アクセスネットワーク３０３を含んでいる。上記移動体無線通信ネットワークは、基地局３０５を含みうる。移動体端末３０１は、無線信号を用いて基地局３０５とデータを交換する。これを行うために、移動体端末３０１は、無線周波数フロントエンド部品３０７（例えば無線周波数回路）に結合されたアンテナ３０６を含んでいる。無線周波数フロントエンド部品３０７は、ベースバンド回路３０８に結合されている。無線周波数フロントエンド部品３０７からベースバンド回路３０８に伝送された信号は、第１のＡ／Ｄ変換部品３０９によってアナログからデジタルへ変換され、ベースバンド回路３０８から無線周波数フロントエンド部品３０７に伝送された信号は、第１のＤ／Ａ変換部品３１０によってデジタルからアナログへ変換される。無線周波数フロントエンド部品３０７は、例えば、１つ以上のミキサ、および／または、１つ以上のフィルタを含んでいる。これは、受信した信号からベースバンド信号を抽出するか（受信用）、または、ベースバンド信号に基づいた伝送に用いられる周波数帯域内に伝送信号を生成する（伝送用）ためである。ベースバンド回路３０８は、例えばＯＦＤＭで、（デジタル）ベースバンド信号を処理し、逆高速フーリエ変換（伝送用）または高速フーリエ変換（受信用）を行う。
【００２４】
同様に、基地局３０５は、無線周波数フロントエンド部品３１２に結合されたアンテナ３１１を含んでいる。無線周波数フロントエンド部品３１２は、ベースバンド回路３１３に結合されている。無線周波数フロントエンド部品３１２からベースバンド回路３１３に伝送された信号は、第２のＡ／Ｄ変換部品３１４によってアナログからデジタルへ変換され、ベースバンド回路３１３から無線周波数フロントエンド部品３１２に伝送された信号は、第２のＤ／Ａ変換部品３１５によってデジタルからアナログへ変換される。
【００２５】
一実施形態では、第１のＡ／Ｄ変換部品３０９、第１のＤ／Ａ変換部品３１０、第２のＡ／Ｄ変換部品３１４、および／または、第２のＤ／Ａ変換部品３１５において行われる量子化は、図４に示されているように行われる。
【００２６】
図４には、無線インターフェースを介して受信または伝送される信号の信号値を量子化する方法が示されている。
【００２７】
４０１では、複数の量子化ステップを有する第１の量子化に従って、第１の数値範囲内の信号値が量子化される。上記第１の量子化では、２つの量子化ステップ間における量子化ステップ幅は、同数の量子化ステップを有する線形量子化とは、多くとも当該同数の量子化ステップを有する線形量子化のステップ幅だけ異なる。一実施形態では、第１の量子化は擬似線形量子化であると見なされうる。
【００２８】
４０２では、複数の量子化ステップを有する第２の量子化に従って、第２の数値範囲内の信号値が量子化される。上記第２の量子化では、２つの量子化ステップ間における量子化ステップ幅は、第１の量子化の２つの量子化ステップ間における量子化ステップ幅よりも大きい。第２の量子化は、一実施形態では、非線形量子化である。
【００２９】
図４に示されている順序は、例証するためのみの順序であって、第１の数値範囲内の信号値または第２の数値範囲内の信号値の量子化は、特定の順序で行われる必要はなく、任意の順序で行われてもよいし、あるいは同時に行われてもよい。複数とは、例えば３つ以上を意味する。
【００３０】
一実施形態では、値の量子化は、１セットの離散値内の値の表現、すなわち、例えば、第１の設定（例えば、アナログ値または離散値の数値範囲）内の値の、第２の設定（例えば、離散値の数値範囲）へのマッピングを意味する。ここで、上記第２の設定は、上記第１の設定よりも小さい、すなわち、第１の設定よりも可能値が少ない。量子化されるこれらの値は、例えばアナログ値（例えばＡ／Ｄ変換の場合）、すなわち連続的な数値範囲からの値でありうる。また、量子化されるこれらの値は、１セットの離散値（例えばＤ／Ａ変換の場合）からの値でもありうる。この場合、例えば、より大きい設定（例えば、これら値の分解能がより高い設定）の離散値からの値は、より小さい設定（例えば、これら値の分解能がより低い設定）にマッピングされる。
【００３１】
一実施形態では、第１の数値範囲内の信号値は、（例えば、信号値の確率分布関数内に反映されるように）第２の数値範囲内の信号値よりも頻繁に生じる。従って、一実施形態では、信号値の確率のこの差異を考慮するために、異なる複数の量子化が用いられる。例えば、他の信号値よりは生じる可能性の低い信号値は、より低い精度で量子化されるが、平均量子化誤差を低く維持することができる。これは、より高い量子化誤差が、稀にしか生じない信号値にのみ導入されるからである。
【００３２】
一実施形態では、第１の量子化の量子化ステップは、同数の量子化ステップを有する線形量子化の量子化ステップとは、多くとも当該同数の量子化ステップを有する線形量子化のステップ幅だけ異なる。従って、第１の量子化は、実質的には線形量子化あるいは擬似線形量子化であると見なされうる。
【００３３】
一実施形態では、第２の数値範囲内にある信号値の絶対値は、第１の数値範囲内にある信号値の絶対値よりも大きい。これは、一実施形態において、第２の量子化が、第１の量子化よりも大きい信号値に適用されることを意味している。
【００３４】
一実施形態では、第２の量子化の量子化ステップ幅は、第２の数値範囲内にある信号値の絶対値が高くなるにつれて増加する。従って、一実施形態では、量子化の精度は、信号値（の絶対値）が高くなるにつれて低下する。
【００３５】
一実施形態では、第１の数値範囲は、入力信号として受信されると予想される最大信号値の絶対値の最大でも３分の１である絶対値を有する信号値を含む数値範囲である。予想される最大信号値は、例えば、異常値を除く、生じうる最大信号値である。この異常値は、例えば、予測不可能な影響（例えば雑音または干渉）によって増加した信号値である。従って、予想される最大信号値は、例えば、妨害がないという仮定のもとに予想されうる最大信号値である。
【００３６】
例えば、第２の数値範囲は、受信されると予想される最大信号値の絶対値の３分の１よりも高い絶対値を有する信号値を含む数値範囲である。
【００３７】
一実施形態では、第１の数値範囲の定義は、信号の信号値の確率分布関数の近似に基づいている。
【００３８】
一実施形態では、信号の信号値の確率分布関数は、信号値の確率分布関数の区分線形近似とは、最大でも（関数値内、すなわち確率内において）０．１だけ異なる。これは、例えば、積分１に正規化されるか、（例えばゼロにおいて）最大値が１となるように正規化される、確率分布関数（およびその近似）に適用される。
【００３９】
一実施形態では、信号の信号値の確率分布関数は、信号値の確率分布関数の区分線形近似とは、多くとも０．０５だけ異なる。これは、例えば、積分１に正規化されるか、（例えばゼロにおいて）最大値が１となるように正規化される、確率分布関数（およびその近似）に適用される。
【００４０】
一実施形態では、確率分布関数の区分線形近似は、ｙ軸に対して軸対称である。
【００４１】
一実施形態では、第１の数値範囲は、確率分布関数の区分線形近似が一定である数値範囲に対応するように定義される。
【００４２】
一実施形態では、確率分布関数の区分線形近似は、０と第１の正値との間の第１の区間において一定であり、第１の正値と第２の正値との間の第２の区間において線形に減少し、そして第２の正値と第３の正値との間の第３の区間において線形に減少する。例えば、第２の区間における線形の減少は、第３の区間における減少よりも急速である。
【００４３】
一実施形態では、第１の数値範囲は、第１の区間、および、ｘ軸の負の部分における反映された第１の区間に対応するように定義される。第２の数値範囲は、例えば、第２の区間、第３の区間、ｘ軸の負の部分における反映された第２の区間、および、ｘ軸の負の部分における反映された第３の区間に対応するように定義される。
【００４４】
例えば、第２の正値と第１の正値との比率は、最大でも１１、および／または、少なくとも２である。第２の正値と第１の正値との比率は、例えば、最大でも１０．５である。一実施形態では、第３の正値と第２の正値との比率は、最大でも２、および／または、少なくとも１．２である。第３の正値と第２の正値との比率は、例えば、最大でも１．５である。
【００４５】
信号は、複素数値信号の実数部または虚数部に対応しうる。従って、第１の量子化および第２の量子化は、複素数値信号の実数部分および虚数部分の両方に適用されうる。実数部分および虚数部分の確率分布関数は異なりうる。従って、実数部分および虚数部分の確率分布関数の近似は異なりうる。
【００４６】
信号は、例えば無線伝送信号（場合によっては、受信処理においてスケーリングまたは正規化される）であり、例えば、ユニバーサル・モバイル・テレコミュニケーション・システム（Universal Mobile Telecommunication System；ＵＭＴＳ）、ＣＤＭＡ２０００（Code Division Multiple Access；ＣＤＭＡ；符号分割多元接続）、フォーマ（Freedom Of Mobile Access；ＦＯＭＡ）、またはグローバル・システム・オブ・モバイル・コミュニケーションズ（Global System of Mobile Communications；ＧＳＭ）などに準拠する移動体通信システムにおいて使用される無線伝送信号である。一実施形態では、信号は、ＵＭＴＳ  ＬＴＥアップリンク伝送に使用される無線伝送信号である。例えば、信号は、一実施形態では、シングルキャリア直交周波数分割多重（Single Carrier Orthogonal Frequency Division Multiplexing；ＳＣ−ＯＦＤＭ）に準拠する無線伝送信号である。一実施形態では、信号は、ＯＦＤＭ伝送（あるいは、概して、例えば受信器におけるフーリエ変換、および、例えば伝送器内における逆フーリエ変換を含む伝送）に準拠し、プリコーディング（例えば、逆フーリエ変換前に行われる）される信号である。プリコーディングは、例えば、データシンボルの伝送に用いられる無線信号の平均電力にピークを低減するために、伝送されるデータシンボルをインタリーブする工程を含んでいる。
【００４７】
図４に係る方法は、例えば、第１の量子化および第２の量子化を行う部品（例えば回路）を有する通信装置によって行われる。例えば、通信装置３０１，３０５（本実施例では、移動体端末および基地局）の第１のＡ／Ｄ部品３０９、第１のＤ／Ａ部品３１０、第２のＡ／Ｄ部品３１４、および／または、第２のＤ／Ａ部品３１５が量子化を行う。
【００４８】
一実施形態では、「回路」は、論理を実行する任意のタイプの部品であると理解され、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、あるいはこれらの任意の組み合わせでありうる。従って、一実施形態では、「回路」は、配線論理回路またはプログラマブル論理回路でありうる。プログラマブル論理回路は、例えば、マイクロプロセッサ（例えば複数命令セットコンピュータ（Complex Instruction Set Computer；ＣＩＳＣ）プロセッサ、または縮小命令セットコンピュータ（Reduced Instruction Set Computer；ＲＩＳＣ）プロセッサ）などのプログラマブルプロセッサでありうる。「回路」は、プロセッサによって実施または実行されるソフトウェアでもありうる。このソフトウェアは、例えば任意のタイプのコンピュータプログラムであり、例えばジャバなどのバーチャルマシンコードを用いたコンピュータプログラムである。以下により詳しく説明する各機能の任意の他のタイプの実施も、別の実施形態に係る「回路」であると理解されうる。
【００４９】
一実施形態では、移動体端末３０１および基地局３０５が、図５に示されているように量子化を行う。
【００５０】
図５は、通信装置から受信された信号または通信装置へ伝送される信号を量子化する方法を示している。
【００５１】
５０１では、通信装置に伝送される信号が、第１の量子化に従って量子化される。
【００５２】
５０２では、通信装置から受信された信号が、第２の量子化に従って量子化される。
【００５３】
図５に示されている順序は、例証のためのみの順序であって、伝送される信号および受信される信号の量子化は、特定の順序で量子化される必要はなく、任意の順序で行ってもよいし、あるいは同時に行ってもよい。
【００５４】
第１の量子化は、第２の量子化が量子化ステップを含まない信号値において、量子化ステップ（すなわち、或る出力値から異なる出力値へのステップ）を含みうる。第２の量子化は、第１の量子化が量子化ステップを含まない信号値において、量子化ステップを含みうる。
【００５５】
これは、一実施形態では、第１の量子化および第２の量子化は異なっており、例えば、一方の量子化は他方の量子化に単に微調整を加えたものではないことを意味する。各量子化は、少なくとも１つの量子化ステップ（或る入力値に位置され、或る出力値を有する）を含みうり、他方の量子化は量子化ステップ（この入力値に位置され、この出力値を有する）を含まない。
【００５６】
一実施形態では、これらの量子化は異なる。異なる点は、一方の量子化においては、或る信号値範囲に対して相対的な量子化ステップ幅の増加または減少がある（例えば、量子化ステップ幅は、量子化ステップから量子化ステップへと二倍になる）が、これは他方の量子化によるこの数値範囲に対しては生じない、という点である。
【００５７】
伝送される信号および／または受信される信号は、例えば、無線伝送信号（場合によっては、受信処理においてスケーリングまたは正規化される）であり、例えば、ユニバーサル・モバイル・テレコミュニケーション・システム（Universal Mobile Telecommunication System；ＵＭＴＳ）、ＣＤＭＡ２０００（Code Division Multiple Access；ＣＤＭＡ；符号分割多元接続）、フォーマ（Freedom Of Mobile Access；ＦＯＭＡ）、またはグローバル・システム・オブ・モバイル・コミュニケーションズ（Global System of Mobile Communications；ＧＳＭ）などに準拠する移動体通信システムにおいて使用される無線伝送信号である。一実施形態では、伝送される信号および受信される信号の、一方はアップリンク無線伝送信号であり、他方はダウンリンク無線伝送信号である。
【００５８】
一実施形態では、上記信号の一方は、ＵＭＴＳ  ＬＴＥアップリンク伝送に用いられる無線伝送信号である。例えば、上記信号は、シングルキャリア直交周波数分割多重（Single Carrier Orthogonal Frequency Division Multiplexing；ＳＣ−ＯＦＤＭ）に準拠する無線伝送信号である。他方の信号は、例えば、ＵＭＴＳ  ＬＴＥダウンリンク伝送に用いられる無線伝送信号である。
【００５９】
一実施形態では、通信装置から受信された信号または通信装置へ伝送される信号を量子化する方法が用いられる。当該方法は、上記通信装置に伝送される信号の信号値の確率分布に適応されている第１の量子化に従って、上記通信装置に伝送される信号を量子化する工程と、上記通信装置から受信された信号の信号値の確率分布に適応されている第２の量子化に従って、上記通信装置から受信された信号を量子化する工程とを含んでいる。
【００６０】
例えば、一実施形態では、受信される信号および伝送される信号（例えば、アップリンク信号およびダウンリンク信号）の異なる特性または特徴（例えば、異なる確率分布）は、例えば受信信号と伝送信号とで（すなわち伝送方向が異なる）異なる伝送技術に起因して生じ、伝送信号および受信信号用の異なる量子化を用いることによって考慮される。
【００６１】
第１の量子化および第２の量子化は、それぞれの確立分布に適応される。例えば、量子化ステップおよび／または量子化ステップ幅の数および位置は、確立分布または決定される確立分布の近似に基づいて決定される。
【００６２】
一実施形態では、通信装置は、移動体端末または基地局である。
【００６３】
図５に示されている方法が移動体端末３０１によって行われ、通信装置が基地局３０５である一実施形態では、移動体端末３０１が、アップリンクおよびダウンリンクにおいて異なる複数の量子化（言い換えると、異なる複数の量子化方法または量子化規則）を用いること、あるいは、第１のＡ／Ｄ部品３０９が第１のＤ／Ａ部品３１０とは異なる量子化を用いることを、上記方法は意味している。これは図６に示されている。
【００６４】
図６は、一実施形態に係る信号処理構成６００を示している。
【００６５】
信号処理構成６００は、ベースバンド回路６０１、ＲＦフロントエンド回路６０２、Ｄ／Ａ変換器６０３、およびＡ／Ｄ変換器６０４を有している。Ｄ／Ａ変換器６０３はアップリンク信号を処理し、Ａ／Ｄ変換器６０４はダウンリンク信号を処理する。Ｄ／Ａ変換器６０３およびＡ／Ｄ変換器６０４は、異なる複数の量子化に基づいている。従って、これは、Ｄ／Ａ変換器６０３およびＡ／Ｄ変換器６０４の非対称の構造として見ることができる。
【００６６】
図６に示されている実施形態では、行われる量子化は、それぞれ、アップリンクまたはダウンリンクにおいて量子化される信号に適応される（例えば、信号の信号確率分布に適応される）と仮定される。例えば、信号は、ＵＭＴＳ  ＬＴＥに準拠して通信システム内に伝送される、それぞれ、アップリンク信号またはダウンリンク信号である。従って、Ｄ／Ａ量子化は、図２に示されているようなＬＴＥ  ＵＬ信号特性に適応されうる。Ａ／Ｄ量子化は、ほぼガウスであるＬＴＥ  ＤＬ信号特性に適応されうる、すなわち、ダウンリンク信号の（ほぼ）ガウス確率分布に適応されうる。
【００６７】
図６と同様に、図５に示されている方法が基地局３０５によって行われ、通信装置が基地局３０１である一実施形態では、基地局３０５は、アップリンクおよびダウンリンクにおいて異なる複数の量子化を用い、第２のＡ／Ｄ部品３１４は、第２のＤ／Ａ部品３１５とは異なる量子化を用いる。これは図７に示されている。
【００６８】
図７は、一実施形態に係る信号処理構成７００を示している。
【００６９】
信号処理構成７００は、ベースバンド回路７０１、ＲＦフロントエンド回路７０２、Ｄ／Ａ変換器７０３、およびＡ／Ｄ変換器７０４を有している。Ｄ／Ａ変換器７０３はダウンリンク信号を処理し、Ａ／Ｄ変換器７０４はアップリンク信号を処理する。Ｄ／Ａ変換器７０３およびＡ／Ｄ変換器７０４は、異なる複数の量子化に基づいている。従って、これは、Ｄ／Ａ変換器７０３およびＡ／Ｄ変換器７０４の非対称の構造として見ることができる。
【００７０】
上述のように、行われる量子化は、それぞれ、アップリンクまたはダウンリンクにおいて量子化される信号に適応される（例えば、その信号確率分布に適応される）。例えば、信号は、ＵＭＴＳ  ＬＴＥに準拠して通信システム内に伝送される、それぞれ、アップリンク信号またはダウンリンク信号である。従って、Ａ／Ｄ量子化は、図２に示されているようなＬＴＥ  ＵＬ信号特性に適応されうる。Ｄ／Ａ量子化は、ほぼガウスであるＬＴＥ  ＤＬ信号特性に適応されうる。図７に係る構造は、図６に係る構造に対し逆の構造であると見ることができる。
【００７１】
図６および図７を参照して説明された実施形態では、移動体端末および／または基地局の伝送および受信の両方に適用される同一の（典型的には線形の）量子化タイプは、非対称の構造によって置き換えられる。これは、一実施形態では、ＴＸ（伝送）連鎖内の量子化とＲＸ（受信）連鎖内の量子化との間に、量子化ステップ数の差異があるだけではなく、ＴＸ連鎖（すなわち信号送信用）内およびＲＸ連鎖（すなわち信号受信用）内において、異なる複数の量子化が用いられることを意味する。これら異なる複数の量子化は、例えば、各量子化が、他の量子化のあらゆる量子化ステップとは（位置および／または出力値において）異なる量子化ステップを有しうる点において異なっている。Ａ／Ｄ変換は、典型的にはＤ／Ａ変換と比較して電力消費量が多いため、Ａ／Ｄ変換においてよりもＤ／Ａ変換においてより多くの量子化ステップを用いることが望ましい。
【００７２】
マルチパスフェージングの存在下での実際の使用に関し、Ａ／Ｄ変換器への入力は、チャネルインパルス応答によって畳み込み後に考慮されうる。この目的のために、３つのチャネルモデルが定義されうる：拡張歩行者Ａモデル（Extended Pedestrian A model；ＥＰＡ）、拡張乗物Ａモデル（Extended Vehicular A model；ＥＶＡ）、および拡張典型的都市モデル（Extended Typical Urban model；ＥＴＵ）である。シミュレーションは、Ａ／Ｄ変換器への入力信号の対応するＰＤＦが、ｉ）チャネル畳み込みがない場合、ｉｉ）チャネルモデルＥＰＡの場合、およびｉｉｉ）チャネルモデルＥＶＡの場合に、非常に類似していることを示している。モデルＥＴＵの場合、分布はガウス分布に向かう傾向がある。量子化は、それぞれのシナリオに従って適応されうる。しかし、量子化ステップ設定が固定されたＡ／Ｄ変換器のみが用いられる場合、量子化は、ＥＰＡ／ＥＶＡ／チャネルなしの状況の必要性に適応されうる。
【００７３】
図８は、マルチパス環境用の信号例（例えば、Ａ／Ｄ変換器への信号入力）の正規化された確率密度関数（ＰＤＦ）を有する図表８００を示している。
【００７４】
ｘ軸８０５に沿って、信号値が示されている。ｙ軸８０６に沿って、確率が示されている。図表８００は、チャネルなし（曲線８０４）、チャネルが１つ（曲線８０３）、チャネルが２つ（曲線８０２）、およびチャネルが３つ（曲線８０１）のマルチパス環境におけるアップリンク伝送信号の実数値の確率分布関数を示している。
【００７５】
以下では、一実施形態に従って、アップリンク信号に適応される量子化ステップを選択するための一般的な規則について説明する。
【００７６】
アップリンク量子化方法（移動体端末３０１内におけるＤ／Ａ量子化、および基地局３０５内におけるＡ／Ｄ量子化）を選択するために従う一般的な規則は、様々なＬＴＥパラメータ設定用の信号分布を考慮することによって得られうる。例えば、キャリア数は、周波数領域内において６リソースブロック（resource block；ＲＢ）から最大で１１０リソースブロックまで変更されうる。一実施形態では、「リソースブロック」（ＲＢ）という用語は、３ＧＰＰ  ＬＴＥに準拠して定義されるリソースブロックをいう（例えば、Ｒｅｌｅａｓｅ８）。極端な場合（周波数領域内のリソースブロックが６および１１０）および中間的な場合（周波数領域内のリソースブロックが５０）において生じる信号分布は、図９に示されている。
【００７７】
図９は、ＬＴＥ構造内におけるアップリンク信号およびダウンリンク信号の正規化された確率密度関数（ＰＤＦ）を有する３つの図表９０７，９０８，９０９を示している。
【００７８】
各ｘ軸９０５に沿って、信号値が示されている。各ｙ軸９０６に沿って、確率が示されている。これら３つの図表９０７，９０８，９０９は、アップリンク伝送信号の虚数値（曲線９０１）、アップリンク伝送信号の実数値（曲線９０２）、ダウンリンク伝送信号の虚数値（曲線９０３）、およびダウンリンク伝送信号の実数値（曲線９０４）の確率分布関数を示している。第１の図表９０７は、６リソースブロックに対するこれらの信号を示し、第２の図表９０８は、５０リソースブロックに対するこれらの信号を示し、第３の図表９０９は、１１０リソースブロックに対するこれらの信号を示している。
【００７９】
図９では、信号電力は、使用されるキャリアの平均電力が「１」となり、使用されていないキャリアの平均電力が「０」となるように選択されている。これは、例えば、なぜ右側のＰＤＦの振幅値範囲が、
【００８０】
【数１】
2010022002.tif 000003
【００８１】
よりも大きいのかを説明している。
【００８２】
図９によると、アップリンク（ＵＬ）（実数部および虚数部の両方）の場合、信号分布は、
【００８３】
【数２】
2010022002.tif 000004
【００８４】
の数値範囲にわたって一定分布に近いことが観察される。ここで、「ｍａｘ」は、グラフ上方において識別される最大近似が観察される振幅である（６ＲＢに対して約＋／−０．３、５０ＲＢに対して約＋／−１、１１０ＲＢに対して約＋／−１．３等）。
【００８５】
従って、一実施形態では、アップリンク量子化は以下に従って行われる：
１）関連するＤ／Ａ変換器および／またはＡ／Ｄ変換器の、（移動体端末の伝送連鎖内のＤ／Ａ、および基地局の受信連鎖内のＡ／Ｄに対する）量子化ステップは、
【００８６】
【数３】
2010022002.tif 000005
【００８７】
の振幅領域内においてほぼ線形となるように選択される。
【００８８】
２）
【００８９】
【数４】
2010022002.tif 000006
【００９０】
の数値範囲外では、量子化ステップサイズは、ステップからステップへ（入力値の増加する絶対値の方向に）、顕著に増加するように選択される。
【００９１】
３）一実施形態では、ほぼゼロの入力に対して非ゼロの量子化振幅をもたらす（これは、正値範囲および負値範囲での量子化ステップの非対称性に起因する：「Ｎ＝２Ｍ」（「Ｍ」は整数）の量子化ステップの場合、典型的には「Ｎ／２−１」の負量子化振幅、「Ｎ／２」の正量子化振幅、およびゼロ振幅がある）量子化最適化手順とは対照的に、ほぼゼロの入力の量子化振幅は、ゼロになるように選択される。このことは、この場合では直流オフセットが問題となりうるため、同期化関数において有利となりうる。
【００９２】
上記１）〜３）に係る量子化の実施例は、図１０に示されている。
【００９３】
図１０は、一実施形態に係る量子化器の伝達関数を有する図表１０００を示している。図表１０００では、入力値（ｘ軸１００１に沿って示されている）と出力値（ｙ軸１００２に沿って示されている）との関係が示されている。中間的な数値範囲（ゼロ周辺）に対しては、楕円１００３で示されているように準線形量子化が用いられる。中間的な数値範囲内の絶対値よりも大きい絶対値を有する信号値では、量子化ステップサイズは、矢印１００４で示されているように、信号値の絶対値の増加に伴って増加する。
【００９４】
図１０に示されている可変範囲は、周波数領域内の５０リソースブロックを用いたＬＴＥパラメータ化に基づいており、用いられた各ＯＦＤＭキャリアの平均電力は「１」である。別のパラメータ設定に従って、用いられたＯＦＤＭキャリアの数が、（例えば、図９のように６リソースブロックおよび１１０リソースブロックに）変更されるとき、対応する入力／出力値は、図１０に示されている量子化器の入力／出力値を、この平均電力差分数の平方根に対応する因数で乗算することによって取得されうる。言い換えると、平均入力電力レベルが変化する場合、量子化ステップ設定間における単純線形関係が用いられうる。
【００９５】
一実施形態では、例えば、表１〜６に与えられた量子化ステップが適用される。これらの値は、５０リソースブロックに基づいて、ＬＴＥアップリンク信号用の電力レベルに適応される。他の電力レベルでは、表１〜６に与えられた振幅は、例えば、
【００９６】
【数５】
2010022002.tif 000007
【００９７】
で線形にスケーリングされる。
【００９８】
【表１】
2010022002.tif 000008
【００９９】
【表２】
2010022002.tif 000009
【０１００】
【表３】
2010022002.tif 000010
【０１０１】
【表４】
2010022002.tif 000011
【０１０２】
【表５】
2010022002.tif 000012
【０１０３】
【表６】
2010022002.tif 000013
【０１０４】
表７には、図１０に示されている量子化の性能が、線形量子化の平均量子化誤差と比較して示されている。
【０１０５】
【表７】
2010022002.tif 000014
【０１０６】
なお、図１０に係る量子化と線形量子化との性能差は、量子化ステップ数と共に生じることに留意されたい。より多い有効ビット数（または量子化ステップ数）にとっては、この差によって、変換器の精度を１ビット低下させることができるので、この差は電力消費を顕著に低減させるために用いられうる。この性質の理由は、ｉ）少ない量子化ステップ数に対しては、頻繁に生じる振幅に対して（両方の量子化法に対して）全てのステップが用いられ、他の全ては飽和領域内にあるので、両方の量子化法間における差は小さい、およびｉｉ）より多い量子化ステップ数に対しては、これらはより低い頻度で生じる振幅でより効率的に用いられるので、性能差が生じる、という点に見られる。
【０１０７】
一実施形態では、ＵＬ信号に適応される（最適な）量子化ステップを見つけるために、以下の方法が用いられる。これは、反復処理に基づいており、一般的な任意のタイプの信号分配に適用可能である。
【０１０８】
この処理によると、
１）ほぼゼロの信号の量子化振幅は、ゼロになるように保証される（これは、例えば、典型的には相関器に基づく時間同期には重要であり、非常に小さい入力信号のための非ゼロ量子化振幅によって導入される直流オフセットによって、同期化の精度および効率の劣化が生じうる）、および、
２）量子化ステップサイズは、前述の制約下において、所定の信号分配に（最適に）適応される。
【０１０９】
図１１は、一実施形態に係るフローチャート１１００を示している。フローチャート１１００は、一実施形態に係る量子化ステップを設定する方法を示している。
【０１１０】
１１０１では、一部の初期化が行われる：
・目標とする量子化ステップ数「Ｎ＝２Ｍ」（Ｍは整数）を設定し、
・初期の量子化誤差「ｅｑ」が、量子化ステップ毎に達成されるように設定し（最良の推測）、
・正値範囲および負値範囲のための初期入力変数をｘｐｏｓ＝０およびｘｎｅｇ＝０に設定し、また、対応する量子化出力をｙｐｏｓ＝０，ｙｎｅｇ＝０に設定し、
・（対応するＰＤＦ「ｐ（ｘ）」（約ゼロ）と共に）考慮されるように、最小および最大入力振幅を設定する：ｘｍａｘ，ｘｍｉｎ。
【０１１１】
１１０２では、ｙｐｏｓ＝０として、平均量子化誤差が、
【０１１２】
【数６】
2010022002.tif 000015
【０１１３】
を満たすまで、ｘｐｏｓを増加させる。
【０１１４】
１１０３では、ｙｐｏｓ＝２ｘｐｏｓ−ｙｐｏｓと設定し、平均量子化誤差
【０１１５】
【数７】
2010022002.tif 000016
【０１１６】
が得られるまで、またはｘｐｏｓ＞ｘｍａｘとなるまで、ｘｐｏｓを増加させる。
【０１１７】
１１０３は、ｘｐｏｓ＜ｘｍａｘである間、繰り返される。
【０１１８】
１１０４では、目標とする量子化ステップ数が達せられたかどうか、および、全ての量子化ステップに対して同一の平均量子化誤差が達成されたかどうか、が検査される。
【０１１９】
これら２つの目的が達成されていない場合、ｅｑは更新され、処理は１１０２に戻る。そうでない場合、処理は１１０８において終了する。
【０１２０】
１１０５では、ｙｎｅｇ＝０として、平均量子化誤差が、
【０１２１】
【数８】
2010022002.tif 000017
【０１２２】
を満たすまで、ｘｎｅｇを減少させる。
【０１２３】
１００６では、ｙｎｅｇ＝２ｘｎｅｇ−ｙｎｅｇと設定し、平均量子化誤差
【０１２４】
【数９】
2010022002.tif 000018
【０１２５】
が得られるまで、またはｘｎｅｇ＜ｘｍｉｎとなるまで、ｘｎｅｇを減少させる。
【０１２６】
１１０６は、ｘｐｏｓ＞ｘｍｉｎである間、繰り返される。
【０１２７】
１１０７では、目標とする量子化ステップ数が達せられたかどうか、および、全ての量子化ステップに対して同一の平均量子化誤差が達成されたかどうか、が検査される。
【０１２８】
これら２つの目的が達成されていない場合、ｅｑは更新され、処理は１１０５に戻る。そうでない場合、処理は１１０８において終了する。
【０１２９】
一実施例として、信号の正規化された確率密度関数が、シミュレーションによってどのように近似されうるのかについて以下に説明する。これは、３ＧＰＰ  ＬＴＥに準拠する物理アップリンク共有チャネル（Physical Uplink Shared Channel；ＰＵＳＣ）に対して行われる。このチャネルは、有用なデータを搬送し、また最高感度の変調方式（ＱＰＳＫから６４ＱＡＭまで）を有している。他のチャネルは、例えば、物理アップリンク制御チャネル（Physical Uplink Control Channel；ＰＵＣＣＨ）および物理ランダムアクセスチャネル（Physical Random Access Channel；ＰＲＡＣＨ）である。
【０１３０】
シミュレーションには以下のパラメータが考慮されうる：
リソースブロック毎のサブキャリア数：値は、
【０１３１】
【数１０】
2010022002.tif 000019
【０１３２】
に固定される。
【０１３３】
アップリンクスロット内のＳＣ−ＦＤＭＡシンボル数は、
【０１３４】
【数１１】
2010022002.tif 000020
【０１３５】
である。この値は、変調器出力の分配に影響を及ぼすことはなく、以下に説明する解析には考慮されない。
【０１３６】
配置タイプは、ＱＡＭ４、ＱＡＭ１６、ＱＡＭ６４である。一実施形態では、量子化の最適化は、特定の実施によって支持される最も高い配置タイプに対して行われる。なぜなら、これが最も高い要求につながるからである。
【０１３７】
結果は、アップリンク通信のための複素数値時間領域信号の実数値および虚数値の両方に適用する。実信号および虚信号の変換に対しては、それぞれ、異なるＡ／Ｄ変換器またはＤ／Ａ変換器が用いられると仮定される。従って、低い変換周波数速度を達成することができる（「アナログＩ／Ｑ法」として知られている）。あるいは、バンド幅が最小バンド幅の二倍（またはそれ以上）であるデジタルベースバンド信号が、１つの単一Ａ／ＤまたはＤ／Ａ変換器で十分であるように生成される（「デジタルＩ／Ｑ法」）。結果は、後者の方法にも直接的に適用することができる。
【０１３８】
なお、シミュレーション結果は、考慮されるリソースブロックのいかなる周波数シフトにも無関係であることに留意されたい。周波数シフトは、信号の分配に影響を及ぼさない時間領域において、単純な相変化に変換する。これは、異なる複数のユーザがアップリンク構造に同時に信号を伝送している場合、各ユーザは、様々な信号が干渉しないように、自身の対応するリソースブロックに周波数シフトを適用していると考えられることを意味する。この場合、量子化の最適化は、各ハンド設定内において独立して行われうる。
【０１３９】
以下に説明するシミュレーション結果は、信号の実数部分および虚数部分に適用可能な信号分配の近似（すなわち信号の確率分布）を与えるものである。すなわち、両分配は同一である。さらに、これらの結果は、正の振幅値に対してのみ与えられる。これは、負の振幅に対して全く同一の分配を観察することができるからである：ｆ（ｘ）＝ｆ（−ｘ）。ここで、ｆ（ｘ）は正規化された確率密度関数である。以下に与えられた全ての値は、使用された各キャリアの電力が「１」と等しく、キャリアの総数が４０９６（これは、本実施例ではＦＦＴ／ＩＦＦＴサイズでもある）と等しいと仮定している。これは、リソースブロック数が多いほど、信号の全電力がより高くなることを意味している。全てのシミュレーションは、データシンボルのみに基づいており、プリアンブルおよび他のラーニングフィールドは考慮されない。この理由は、ＳＮＲ要件が、データシンボル内においてより高くなることが予想されるという事実にある。
【０１４０】
信号分布（すなわち信号値の確率分布）は、図１２に示されているように、確率密度関数によって近似されうる。
【０１４１】
図１２は、一実施形態に係る関数グラフ１２００を示している。
【０１４２】
ｘ軸１２０１に沿って、信号値が示されている。ｙ軸１２０２に沿って、近似に従った確率が示されている。本実施例では、近似は、軸対称の区分線形関数である。ゼロから第１の値１２０３（Ａ１で示されている）までの第１の区間では、確率分布関数（正規化された確率密度関数とも称される）は一定である。第１の値１２０３から第２の値１２０４（Ａ２で示されている）までの第２の区間では、確率分布関数は線形に減少している。第２の値１２０３から第３の値１２０５（Ａ３で示されている）までの第３の区間においても同様である。本実施例では、確率分布関数は、第３の区間よりも第２の区間において、より急速に減少する。
【０１４３】
シミュレーションから得られた、異なる変調方式およびリソースブロック数に対する、関数グラフ１２００のエッジ値Ａ１，Ａ２，およびＡ３が、表８に示されている。表８では、これらの変調技術に対して、直交位相シフトキーイング（Quadrature Phase Shift Keying；ＱＰＳＫ）および直交振幅変調（Quadrature Amplitude Modulation；ＱＡＭ）が用いられている。
【０１４４】
【表８】
2010022002.tif 000021
【０１４５】
無線信号の正規化された確率密度関数（例えば、図１２に示されているもの）の近似を、例えば表８のパラメータを用いて生成する処理を、図１３に示す。
【０１４６】
図１３は、一実施形態に係るフローチャートを示している。
【０１４７】
１３０１では、選択された配置タイプ（本実施例では、ＱＰＳＫ配置）内のポイントが無作為に選択され、キャリアグリッド上にマッピングされる。使用されていないキャリアは０に設定される。
【０１４８】
１３０２では、例えば３ＧＰＰに準拠するプリコーディングが行われる。このプリコーディングタイプは、典型的には、高速フーリエ変換（Fast Fourier Transform；ＦＦＴ）によって実施される。図１３に示されている式は、そのような３ＧＰＰに準拠するプリコーディングに対応している。
【０１４９】
なお、図１３に示されているフローは、ＬＴＥアップリンクの場合に関するフローであることに留意されたい。ダウンリンクの場合は、１３０２が省略される。
【０１５０】
１３０３では、ＳＣ−ＦＤＭＡベースバンド信号生成（アップリンクの場合）、またはＯＦＤＭ（Ａ）信号生成（ダウンリンクの場合）が、例えば３ＧＰＰに準拠して行われる。このプリコーディングタイプは、典型的には、逆高速フーリエ変換（Inverse Fast Fourier Transform；ＩＦＦＴ）によって実施されることに留意されたい。
【０１５１】
図１３に示されている式は、そのような３ＧＰＰに準拠する信号生成に対応している。
【０１５２】
１３０４では、複素数値ＳＣ−ＦＤＭＡ信号またはＯＦＤＭ（Ａ）信号の、実数値および虚数値の統計が、それぞれ更新される。正規化された確率密度関数は、実数値および虚数値がどの程度の頻度で生じているのかを評価することによって得られうる。この目的のために、十分に小さい区間が定義されうる。これらの区間では、実数値および虚数値が一定であると仮定される。これらの区間のそれぞれでは、発生回数が数えられた後、真に正規化された確率密度関数を近似することができるように、適切に正規化される。
【０１５３】
上記処理は、統計が十分に正確となる（すなわち、結果の変化が反復後に十分に小さくなる）まで、要求されるたびに、（１３０１から再度開始して）反復される。
【０１５４】
特定の正規化された確率密度関数を有する信号用の最適な量子化を生成するとき、最適な解決手段（これにより、より多い量子化ステップ数にとって、平均二乗誤差性能が数デシベル向上されうる）と線形量子化と間の差異が、典型的にはステップサイズのわずか一部分であることが観察されうる。従って、一実施形態では、量子化（擬似線形量子化と称される）は、第１の振幅値範囲内において用いられる。この第１の振幅値範囲の量子化ステップは、この範囲における対応する線形量子化の量子化ステップとは、多くとも当該線形量子化の量子化ステップサイズのサイズだけ異なる。
【０１５５】
一実施形態では、そのような擬似線形量子化が用いられる信号値範囲を設定するために、エッジ値Ａ１，Ａ２，およびＡ３が用いられる。例えば、擬似線形量子化は、−Ａ１からＡ１の信号値範囲内において用いられる、すなわち、その絶対値が最大でもＡ１である信号値に用いられる。正規化された確率密度関数の「エッジ近似」に対して必要とされる精度に関しては、エッジ振幅Ａ１，Ａ２，およびＡ３が、一実施形態では、振幅誤差が量子化ステップ幅（各振幅値において、すなわち、絶対値Ａ１，Ａ２，またはＡ３をそれぞれ有する）よりも小さくなるような精度で実施される。
【０１５６】
本発明について、具体的な実施形態を参照しながら図示および説明した。しかし当業者であれば、特許請求の範囲によって定義される本発明の精神および範囲から逸脱することなく、形式および詳細に様々な変更を加えることができることを理解するであろう。従って、本発明の範囲は特許請求の範囲によって示されており、特許請求の範囲に相当する部分の意味および範囲内での全ての変更が包含されるものと意図されている。
【図面の簡単な説明】
【０１５７】
【図１】アップリンクおよびダウンリンク用の３ＧＰＰ  ＬＴＥ規格の枠組み内における線形量子化器の伝達関数を示す図である。
【図２】典型的なＬＴＥ構造内におけるアップリンク信号およびダウンリンク信号の正規化された確率密度関数（ＰＤＦ）を有する図表を示す図である。
【図３】一実施形態に係る通信システムを示す図である。
【図４】無線インターフェースを介して受信または伝送される信号の信号値を量子化する方法を示す図である。
【図５】通信装置から受信された信号または通信装置へ伝送される信号を量子化する方法を示す図である。
【図６】一実施形態に係る信号処理構成を示す図である。
【図７】一実施形態に係る信号処理構成を示す図である。
【図８】マルチパス環境用の信号例の正規化された確率密度関数を有する図表を示す図である。
【図９】ＬＴＥ構造内におけるアップリンク信号およびダウンリンク信号の正規化された確率密度関数を有する３つの図表を示す図である。
【図１０】一実施形態に係る量子化器の伝達関数を有する図表を示す図である。
【図１１】一実施形態に係るフローチャートを示す図である。
【図１２】一実施形態に係る機能グラフを示す図である。
【図１３】一実施形態に係るフローチャートを示す図である。
【図１】
2010022002.tif 000022
【図２】
2010022002.tif 000023
【図３】
2010022002.tif 000024
【図４】
2010022002.tif 000025
【図５】
2010022002.tif 000026
【図６】
2010022002.tif 000027
【図７】
2010022002.tif 000028
【図８】
2010022002.tif 000029
【図９】
2010022002.tif 000030
【図１０】
2010022002.tif 000031
【図１１】
2010022002.tif 000032
【図１２】
2010022002.tif 000033
【図１３】
2010022002.tif 000034